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5G频谱分为两个区域FR1和FR2，FR就是Frequency Range的意思，即频率范围。



FR1的频率范围是450MHz到6GHz，也叫Sub6G（低于6 GHz）。



FR2的频率范围是24GHz到52GHz，这段频谱的电磁波波长大部分都是毫米级别的，因此也叫毫米波mmWave（严格来说大于30GHz才叫毫米波）。

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FR1的优点是频率低，绕射能力强，覆盖效果好，是当前5G的主用频谱。FR1主要作为基础覆盖频段，最大支持100Mbps的带宽。其中低于3GHz的部分，包括了现网在用的2G、3G、4G的频谱，在建网初期可以利旧站址的部分资源实现5G网络的快速部署。

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FR2的优点是超大带宽，频谱干净，干扰较小，作为5G后续的扩展频率。FR2主要作为容量补充频段，最大支持400Mbps的带宽，未来很多高速应用都会基于此段频谱实现，5G高达20Gbps的峰值速率也是基于FR2的超大带宽。

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在传统蜂窝网络中，与小区相关联的基站会向着相当广泛的区域传输能量（通常是基站前方120度角的弧形区域）。其中一部分能量会被基站小区内的用户接收，但绝大多数能量则被环境所吸收（建筑、行人、树木、汽车等）。这些耗损就意味着能量效率的降低和网络OPEX的提高（图5）。如果将单根基站天线替换为由120根天线向各个用户定向传输能量，那么基站所需的功耗将降低至原输出功率的0.1%（参考文献3）。然而这个下降幅度仅仅是理论值，从实际角度而言，由于基站内部射频元件的效能和损耗，相同容量下的输出功率只能降低到原功率的30%。

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目前我国仅对FR1中的频段进行了分配，其中



中国移动：2515MHz-2675MHz共160MHz，频段号为n41，以及4800MHz-4900MHz共100MHz，频段号为n79；



中国电信：3400MHz-3500MHz共100MHz，频段号为n78；



中国联通：3500MHz-3600MHz共100MHz，频段号为n78；

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根据香农-哈特利定理，增加网络容量有三种基本方法（图4）：



1.增加信道带宽：4G中使用了载波聚合来增加可用的信号带宽，而5G FR2则使用毫米波频率来获得更大的容量。



2.增加信道数量：MIMO利用网络内部的多径发射，同时在多个信道上进行传输。与信道带宽类似，网络容量也与这一效应成线性关系，但上限却受限于网络内的多径相关性（或相似性）。5G FR1借助MIMO的优化提高数据速率。



3.增加网络输出功率：由于SNR中存在噪声、SNR的对数刻度接近、以及涉及高电磁能量的健康/安全问题，这种方式有其局限性。在覆盖率较低的区域使用家庭基站(Femtocell)是提升整个网络SNR较为安全的方式之一。但如果在同一区域中部署了过多全向天线家庭基站，则家庭基站间就会存在干扰，这无疑为网络容量增益带来了上限。然而，如果能够定向传输能量，就可以提高网络的能量效率，这种方式又称为“波束赋形”（5G FR1和FR2基站的一种关键技术）。

EricCheng

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